CN111796243A

CN111796243A - 用于求取雷达传感器的失调的方法

Info

Publication number: CN111796243A
Application number: CN202010249656.2A
Authority: CN
Inventors: H·布登迪克; M·施洛瑟
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2020-10-20
Also published as: US20200309937A1; US11520029B2; DE102019204604A1

Abstract

一种用于探测布置在车辆(1)上的雷达传感器(4，6)的失调的方法，其中，‑求取关于由所述雷达传感器发射和接收的射束的多普勒谱；‑至少在部分区间中确定关于所述多普勒谱的至少一个频率段的入射角

‑将所确定的入射角

与关于所述频率段所预期的入射角进行比较；‑根据所测量的入射角与所述预期入射角的偏差来识别所述雷达传感器的失调。

Description

用于求取雷达传感器的失调的方法

技术领域

本发明涉及一种用于探测布置在车辆上的雷达传感器的失调(Dejustage)的方法。此外，本发明涉及一种传感器布置、一种计算机程序和一种机器可读的存储介质。

背景技术

由于车辆中自动化程度上升，在车辆中所安装的雷达传感器的数量持续增加。每辆车辆尤其通常安装多个雷达传感器。通过雷达传感器例如可以执行距离调节和对象识别。

在越来越多的雷达传感器的情况下，每个雷达传感器的手动调整开销大且成本密集。因此，当前使用的雷达传感器仅在不进行调整的情况下置于相应的固定器中。

同样越来越频繁地取消在带端对雷达传感器进行校准。通过测量雷达传感器的取向来执行校准。替代地，越来越多地要求雷达传感器在正常驾驶运行中在最短的时间内自身确定其取向。由此，也可以识别雷达传感器在其固定器中的取向变化——例如在停车推挤(Parkrempler)之后。

已知用于执行对具有雷达传感器的车辆的自身速度、该雷达传感器相对于行驶方向的取向、雷达传感器相对于标称位置的失调的同时估算的方法。使用分类为静止的目标或对象来执行所述估算。在此，可以将反射的雷达射束的入射角与所测量的相对速度进行比较。如果静止的对象不直接在行驶方向上，则其相对于雷达传感器的相对速度会降低相应角度的余弦值。

由于低的速度分辨率与角度分辨率，在已知的方法中需要进行开销大的在时间上求平均。此外，对对象的分类增加了分析雷达传感器的测量数据的计算开销。

此外，也已知除了运动速度之外还可以确定运动方向的专用的雷达系统。然而，以这种方式无法估算例如用于驾驶员辅助功能的物理上分开的雷达传感器的失调。

发明内容

本发明所基于的任务可以认为是提出一种用于求取雷达传感器的失调的快速且精确的方法。

借助根据本发明的技术方案来解决该任务。本发明的有利的构型分别是优选的实施方式。

提出一种用于探测布置在车辆上的雷达传感器的失调的方法。在此，求取对于由雷达传感器发射和接收的射束的多普勒谱。对于多普勒谱中的至少一个频率段(Frequenzbin)，至少在部分区间中确定入射角。将所确定的入射角与对于该频率段的预期的入射角进行比较。预期的入射角例如存储在数据存储器中。根据所测量的入射角与所预期的入射角的偏差来识别雷达传感器的失调。此外，该偏差可以用作失调的度量。

在一种实施方案中，对于多普勒谱的多个频率段分别确定一个入射角。将所确定的入射角与频率段的所预期的入射角进行比较。在所确定的入射角与所预期的入射角之间的偏差用于识别雷达传感器的失调、尤其用于求取关于雷达传感器的失调的度量。

在一种实施方案中，雷达传感器具有多个发送和/或接收天线，其中，借助所述发送和/或接收天线来确定所述至少一个频率段的入射角。各个接收天线的接收信号的传播时间差尤其可以用于确定频率段的入射角。传播时间差在频率范围内相应于可以对于每个频率段单独地求取的相位差。

在一种实施方案中，所述部分区间具有包含如下多普勒频率的频谱：所述多普勒频率相应于0与车辆速度之间的速度范围。

在一种实施方案中，根据车辆的运动方向、标称调整(nominal Justage)和雷达传感器的张开角来确定所述部分区间。

在一种实施方案中，通过在车辆处的至少一个传感器来求取车辆的运动方向，和/或通过在时间上求平均来补偿直线行驶的在此期间的偏差。

在一种实施方案中，对于频率段所确定的入射角由在至少一个静止对象上反射的功率来主导，其中，该频率段由在雷达传感器和静止对象之间的相对速度来确定。

在一种实施方案中，对于在所确定的入射角和预期入射角之间的平均偏差，不仅考虑所确定的入射角的品质(Güte)，而且考虑所确定的入射角的值。

可以通过估算所确定的入射角是否实际存在的概率来确定所确定的入射角的品质。存在概率可以直接用于加权。

可以对于在对于多普勒频率的预给定的频率区间中的每个频率段来分析所确定的入射角和所预期的入射角之间的偏差，所述频率段相应于静止对象的所有可能可测量的由车辆速度引起的相对速度。可以通过对多个频率段的偏差求平均来提高确定偏差的准确度。

在一种实施方案中，在经平均的偏差中，相比于所求取的入射角与具有较小入射角的频率段的预期入射角的偏差，所求取的入射角与具有相对于行驶方向的较大入射角的频率段的预期入射角的偏差被更强地加权。为此，可以设置相应的图表、特性曲线或公式，所述图表、特性曲线或公式确定关于不同预期入射角的偏差的因子。图表、特性曲线或公式例如存储在控制单元的存储器中。

为了考虑入射角的值，具有相对于行驶方向F的大角度

的频率段可以被更强地加权，因为在大角度

的情况下，小角度变化

就已经导致相对速度vr1、vr2以及多普勒频率的相对较大的变化。例如可以用作加权函数

在此涉及相对于行驶方向的角度

该角度匹配于安装位置由入射角计算出。

在一种实施方案中，在经平均的偏差中不考虑所求取的入射角与频率段的预期入射角之间的高于预给定的极限值的偏差。由此可以排除由运动对象产生的频率段中的偏差。极限值例如预先通过实验确定并且例如存储在控制单元的存储器中。

例如，还可以由对于多普勒谱中每个频率段的余弦效应来计算预期的入射角的自身的范围(Spanne)。如果测量值位于此范围之外，则不予考虑。替代地，也可以简单地使用恒定的上限(例如5°或10°)用于允许的偏差。

根据另一方面，提供一种控制单元，该控制单元构造用于实施该方法。

根据本发明的另一方面，提供一种计算机程序。该计算机程序包括指令，其在通过计算机或控制单元实施该计算机程序时促使所述计算机或控制单元实施所述方法。

此外，根据本发明的一方面，提供一种机器可读的存储介质，在所述机器可读的存储介质上存储有所述计算机程序。

借助对多普勒谱的分析，可以确定车辆的自身速度。这可以与雷达传感器的准确安装情况(即调整和可能的失调)无关地进行。对此充分利用以下事实：相对于由雷达传感器来看，没有静止的对象能够运动得比车辆的运动速度更快。相应地，在多普勒谱中在车辆的(负)自身速度的情况下寻找突然的功率下降。

如果除了功率之外还考虑所测量的入射角，则除了运动速度之外还可以估算运动方向。在此，运动方向与雷达传感器的发射方向有关。为了确定失调，还需要将运动方向与车辆的当前运动方向相应地进行比较并且以雷达传感器的标称位置进行校正。

可以借助附加的车辆侧传感器来确定车辆的运动方向。然而，替代地也可以这样认为：车辆在大多数时间近似直线地行驶。因此，车辆的方向变化也可以通过在时间上的观测(即通过在时间上求平均)来补偿。

通过对通过雷达传感器求取的运动方向与由车辆提供或通过另一传感器求取的运动方向进行比较能够实现确定雷达传感器的失调。由此可以提供自动化的失调识别，其可以避免雷达传感器的预先调整或校准。因此，可以使基于雷达传感器的车辆系统(例如辅助系统)更加经济地构型。

在通过雷达传感器产生的发送信号具有恒定频率的情况下，仅多普勒效应会导致发送频率和接收频率之间的差异。在此，对象的距离无关紧要。因此，每个相对速度相应于一个多普勒频率。因此，基于运动速度可以确定多普勒谱中的定义的频率区间，为此值得对入射角进行更准确的分析。

为了进行可信度检查，除了功率分析外，还可以执行简单的角度观测。具有最高相对速度(即车辆速度)的静止对象直接位于行驶方向上。因此，对于前部雷达传感器，无论是否有轻微的失调，都可以假设在(负)车辆速度下接收角应近似为零。对于“直接在前方”的对象，水平和垂直偏移最终都必须为零。

然而，对于其余的速度区间适用如下：在旋转对称地围绕行驶方向地取向的锥体上的所有点相对于雷达传感器具有相同的相对速度。原则上，因此具有无限数量的水平和竖直偏移组合的静止对象的功率可以在多普勒谱的所谓的频率段中重叠。

只要雷达传感器的两个张开角中的一个仅是几度，则可以忽略在这个方向上的余弦效应。例如，8°的余弦相应于值0.99。由此，例如可以忽略在雷达传感器的仰角方面的余弦效应。由此，三维锥体可以减少到与“水平”传感器平面的两个相交线。

根据该方法的一种实施方式，布置在车辆上的雷达传感器具有多个发送天线和/或接收天线，以便确定入射角。

根据该方法的另一实施方式，车辆的运动方向通过车辆上的至少一个传感器求取。因此，大多数车辆具有旋转和偏航率传感器——例如用于电子稳定程序。这些车辆传感器可以与控制单元进行数据传导地耦合，或者通过现存的控制单元间接地连接。由此，控制单元可以直接读取并分析处理车辆传感器，或者使用由其他控制单元提供的测量数据。

替代地或附加地，可以通过在时间上求平均来补偿直线行驶的在此期间的偏差。可以这样认为：车辆在大部分时间直线地行驶。可以通过将由雷达传感器求取的运动方向和由上述车辆传感器求取的运动方向进行比较来计算角度偏移。将该角度偏移与对于标称位置预期的角度偏移进行比较。如果差异超过例如所定义的极限值，则通过控制单元确定失调。因此，可以将雷达传感器的失调定义为与标称安装的偏差。

根据该方法的另一实施方式，布置在车辆上的雷达传感器布置在车辆前部、车辆尾部或车辆侧。此外，也可以使用构型为角传感器(Ecksensor)的雷达传感器。

关于失调估算，安装在侧面处和在角中的雷达传感器具有以下优点：位于车辆相对置的侧上的对象通常不在车辆的视场内。相应地，对于角度观测仅还剩下与“水平”传感器平面的一个相交线，并且可以针对每个相对速度明确地预测观测角度。这简化了角度估算并提高了失调估算的准确性。

此外，由于这类传感器的关于行驶方向旋转的安装，甚至在与行驶方向成较大角度的情况下，对于此类传感器也可以从静止对象接收很多功率。这由如下原因引起：相应的观测角位于角传感器的发送天线的主波瓣(Hauptkeule)中或在驶过期间以该主波瓣检测对象。这附加地提高失调估算的准确性。因此，多普勒谱中的频率段并不相应于恰好一个单个的相对速度，而是相应于小的速度区间。然而，由于余弦函数对于远不同于零的角度的较大坡度的变化过程，速度中的这种轻微多义性相较于接收角度中的相应的多义性较不明显。

最后，对于这类雷达传感器，甚至位于侧后方的对象也仍然可以处在视野中。因此，待分析的频率/速度范围沿正的相对速度的方向扩展。因此，除了自身速度的大小之外，可分析的多普勒频率的区间还通过相应的雷达传感器的张开角和安装角来确定。

类似于前部传感器，可以考虑构型为尾部传感器的雷达传感器，其中，考虑自身速度的反向符号。

如果违背最初的假设并且假设的自身速度不完全正确，则会导致附加的偏移，该偏移从一个频率段到下一个频率段地改变。尽管这需要更准确的分析，但以这种方式也可以事后地校正这种假设的自身速度。

根据该方法的另一实施方式，雷达传感器的由至少一个雷达天线发射的辐射相对于车辆底座具有小的竖直张开角和/或竖直发射角。天线由此可以从车辆的底座开始稍微向上倾斜地发射发送功率。这可以附加地最小化行车道的影响。

与行驶方向成一定角度(或围绕行驶方向的小区间)的所有静止对象的反射功率都落在多普勒谱中的相同的频率段内，因为所述静止对象具有相对于传感器的相同的相对速度。在雷达传感器的作用范围内的所有对象都可以位于沿行驶方向张开的锥体的表面上。因此，得出例如方位角和仰角的无限数量的组合。如果雷达传感器仅扫描水平面，则锥体会减少到与该平面的两个相交线。因此，其余(方位)角度除符号外都是唯一的。对象仅以相同的角度位于行驶方向的左侧或右侧。最后，由于相对置的侧不在雷达传感器的视野范围内，因此对于角雷达所述多义性通常自身消除。

在频率段中越多的不同入射方向重叠，对角度的估算就越困难。然而，可以可靠地同时确定两个角度。此外有利的是，已经事先知道预期的角度。这例如可以通过限制搜索范围来实现。

根据另一实施方式，在所确定的入射角与预期入射角之间的由控制单元在所有经分析的频率段上求平均的偏差考虑了对于在频率段中确定的入射角的品质和绝对值。此外，各个频率段中的大的偏差表明该频率段中的功率由运动的对象主导，从而在求平均时不应考虑这些功率。

根据一种构型，提供一种用于探测车辆侧的雷达传感器的失调的方法。在一个步骤中，通过雷达传感器求取布置在车辆上的雷达传感器的运动方向。接着或与此并行地通过至少一个车辆侧的加速度传感器来求取车辆的运动方向。通过控制单元可以基于车辆的彼此独立地求取的运动方向来执行比较。在两个所求取的运动方向的经确定的偏差的情况下，由控制单元识别到失调。

附图说明

以下根据高度简化的示意图进一步阐述本发明的优选的实施例。附图示出：

图1示出在车辆直线行驶情况下具有传感器布置的车辆的示意图；

图2示出在旋转地布置的雷达传感器情况下具有传感器布置的车辆的示意图；

图3示出在直线行驶情况下传感器布置的角传感器的示意图；

图4示出在具有对称的对象布置的直线行驶的情况下具有传感器布置的车辆的示意图；

图5示出在具有对称的对象布置的旋转地布置的雷达传感器的情况下传感器布置的角传感器的示意图；

图6示出雷达传感器的示意图；

图7示出关于相对速度v_α/v绘制的反射和接收的雷达信号的接收功率的示图。

在附图中，相同的结构元件分别具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出在车辆1的直线行驶情况下具有传感器布置2的车辆1的示意图。根据该实施例，传感器布置2具有第一雷达传感器4，该第一雷达传感器布置在车辆前部。第二雷达传感器6构型为角传感器并且定位在车辆前部与车辆1的在行驶方向F上的右侧之间的过渡处。

此外，传感器布置2具有车辆侧的加速度传感器8。传感器布置2的传感器4、6、8与控制单元10进行数据传导地耦合。由此，控制单元可以读取传感器4、6、8，并且可以对传感器的测量值进行分析处理，并且可以执行用于求取雷达传感器4、6中的至少一个的失调的方法。

为了清楚起见，仅示出第一雷达传感器4的扫描区域A。在扫描区域A中布置有相对于车辆1不对称地布置的两个对象SO1、SO2。

从车辆1的角度来看，静止对象SO1、SO2以速度v_ego向车辆1运动。对于具有横向(以及竖直)偏移的对象SO1、SO2，相对速度v_r1、v_r2以相对于行驶方向F的角度

的余弦减小。因此，总体而言，相对速度v_r1、v_r2分布到[-v_ego；0]区间上。

对于精确向前取向的雷达传感器4，在直线行驶时，与车辆1的行驶方向或运动方向的角度直接相应于观测/接收角：

或

在这种情况下，对于由于余弦效应而属于确定的相对速度或多普勒频率的两个方位角

适用：

图2示出在旋转地布置的雷达传感器4情况下具有传感器布置2的车辆1的示意图。

雷达传感器4的水平失调在数学上导致角度偏差

然而，这种角度偏差对于直线行驶的偏差也出现。

图3示出在车辆1的直线行驶情况下的传感器布置2的角传感器6的示意图。附加地，示出角传感器6的扫描区域A。

由于角传感器6的相对于行驶方向F旋转的安装位置，甚至在相对于行驶方向成大角度

的情况下也可以接收到静止对象SO1、SO2的高功率，因为相应的观测角

位于天线的主波瓣中。

在对象SO1的后面布置有另一对象SO1'，其中，反射回的功率与对象SO1的反射回的功率重叠。因此，所求取的两个功率落在多普勒谱中的相同频率段中，因为所述两个功率具有相同的相对于传感器6的相对速度。

图4示出在具有对称的对象布置的直线行驶的情况下具有传感器布置2的车辆1的示意图。由此，两个对象SO1、SO2以相对于车辆1的对称的角度布置。由此得出以下关系：

图5示出具有在具有对称的对象布置的旋转地布置的雷达传感器4的情况下的传感器布置2的前部传感器4的示意图。

对于每个所分析的频率段预先已知相对于行驶方向的角度

并将该角度存储在控制设备的数据存储器中。因此，可以使用频率段的已知的角度，以便识别雷达传感器的失调。为此，将频率段的已知角度与相同频率段的所测量的角度进行比较。由该比较可以确定角度偏差

角度偏差

对于多个或每个所分析的频率段可以是相同的。

对于各个频率段的值的组合，在此建议对误差平方进行最小化。在对这些误差进行加权时，例如可以考虑以下因素：

-对每个频率段中的观测角的估算的品质；

-具有相对于行驶方向F的大角度

的频率段被更强地加权，因为在大角度

的情况下，小角度变化

就已经导致相对速度v_r1、v_r2以及多普勒频率的相对较大的变化(参见

)；

-在很大偏差的情况下，入射角可以来源于运动的对象并且因此被控制单元忽略。

例如，对于每个频率段的观测角的估算的品质值可以存储在控制设备的数据存储器中。此外，如下角度值可以存储在数据存储器中：该角度值说明自何时起将相对于行驶方向F的角度

归为较大并更强地加权。此外，可以存储关于入射角的较大偏差的如下角度值：该角度值表示所接收的信号来自运动对象并且因此被控制单元忽略。

此外，在所有这些方法中还可以执行对各个频率段的测量值在时间上求平均。

如果可以在频率段中确定静止对象SO1、SO2的两个入射角

则对自身速度v_ego的预先了解不是绝对必要的。不仅车辆1的自身速度v_ego、而且失调或行驶方向F可以直接由差

或两个观测角

的平均值确定。

如果

则适用：

通常不关于传感器4和6、而是关于后轴的中点来定义车辆1的运动。然而，由此可以推导出刚体车辆1上任何其他点的运动。附加地，在直线行驶中，在车辆1处的所有点的运动矢量都相同。

如果车辆的所使用的速度v_ego与实际速度不同，则也可能错误地识别出雷达传感器的失调。相对于运动方向的理想角度

的偏差

在负的自身速度v_ego附近最大。因此，多普勒谱中的频率段包含关于在自身速度估算中的误差的大多数信息。

图6以示意图示出雷达传感器的方框图。设置如下的高频振荡器18：该高频振荡器的频率是可控的。高频振荡器18产生发送信号，该发送信号通过混频器20到达天线22并且然后由天线作为雷达波瓣发射。由车辆的周围环境中的对象产生的雷达回波由天线22接收，并在混频器20中与由高频振荡器18在接收时刻产生的发送信号的一部分混合。由此，通过差拍(Schwebung)获得在分析处理单元26中进一步分析处理的中频信号24。由高频振荡器18产生的发送信号的频率被调制并形成一系列具有恒定频率的CW信号斜坡。因此，其涉及CW雷达发送信号。如果位于车辆前方一定间距处的延伸对象被定位，则斜坡的时间间距确定如下信号的频率差：所述信号在混频器20中彼此混合并得出中频信号24的频率。当在前方行驶的车辆相对于雷达传感器运动时，频率差取决于多普勒频移，而多普勒频移就其而言又取决于相对速度。

首先将中频信号24采样并数字化为时间信号，然后例如通过快速傅立叶变换将其转换成傅立叶谱。在该谱中，每个经定位的对象都以在确定频率处的峰值的形式呈现，该频率取决于对象的间距和相对速度。如果相同的对象一次定位在上升斜坡上并且稍后又再一次定位在下降斜坡上，则可以将两个峰值的频率相加。由于斜坡具有相反的斜率，因此距离相关的部分在此相互抵消。因此仅剩余取决于相对速度的多普勒分量。相反地，如果现在将两个峰值的频率相减，则速度相关的分量会相互抵消，从而获得纯的距离分量，从而允许确定对象的距离。通常使用超过两个调制序列或至少两个斜率不同的斜坡。如果存在两个或多个对象，这使将在谱中获得的峰值分配给相关的对象变得容易。

分析处理单元26用于分析中频信号24的谱。使用并分析中频信号的离散谱以进行数字分析。与此相应地，频率轴被划分为有限数量的频率段，并且该谱是对分配给每个频率段的功率进行说明的离散函数。

图7以分贝(dB)示出关于相对速度v_α/v绘制的反射的和接收的雷达信号的接收功率P的图示。在此，角度α确定在车辆的行驶方向和至对象的连接方向之间的角度偏差。车辆的自身速度以v表示。车辆相对于对象的相对速度由以下公式得出：v_α＝-v·cos(α)。在x轴上说明对象的测量的相对速度v_α＝-v·cos(α)和车辆的自身速度v的商。因此，功率在v_α/v＝-1时达到最大值。对于较小(在数值上较大)的相对速度，信号突然降至0。

当角度α接近极限值0时，余弦函数的斜率变得越来越小，结果是，对于不同角度α获得的相对速度越来越相似并且因此越来越多的散射中心的雷达回波落入相同的频率段。这导致如下结果：随着接近极限值-1，频率段的功率显著上升。因此，在关于α＝0的相对速度v_α/v＝-1的情况下，功率的突然下降如此显著，并且在谱中可以良好地探测到。